Un mini panneau solaire haute tension convertit la lumière laser en électricité

D’après pv magazine international.

Sous l’égide du National Renewable Energy Laboratory (NREL) du ministère américain de l’Énergie, un groupe de scientifiques a conçu un mini panneau solaire monocristallin capable de convertir la lumière laser en électricité.

« Il s’agit d’une technologie bon marché, car elle est basée sur du silicium et suit les mêmes processus que les cellules PV terrestres, par exemple les dispositifs TOPCon dotés de contacts de passivation à oxyde en silicium, explique Paul Stradins, principal auteur de l’étude, à pv magazine. Le module se compose de minicellules à contacts passivés en poly-Si/SiO2. »

Dans l’article « High-voltage monocrystalline Si photovoltaic minimodules based on poly-Si/SiO_x passivating contacts for high-power laser power conversion » paru dans Solar Energy Materials and Solar Cells, les chercheurs précisent que le panneau peut notamment être utilisé pour des applications telles que les transmissions de données sans fil dans des environnements particuliers ou la transmission d’énergie dans des implants médicaux, entre autres.

Le mini panneau multijonction est doté de contacts passivés à oxyde de silicium (poly-Si/SiOx) utilisant une couche de SiOx très fine d’environ 1,5 nm. Ces contacts passivés sont utilisés pour construire des minicellules dont la résistance au contact serait remarquable et . Les minicellules sont placées sur les côtés et intégrées dans les modules.

« Ces minicellules peuvent composer des micromodules par simple empilement mécanique, affirme Paul Stradins. Nous utilisons 10 cellules, mais on peut en mettre autant que l’on souhaite. Ainsi, ces micromodules peuvent afficher des tensions élevées alors que les courants restent bas. »

Dans le module solaire, le contact direct du métal d’une cellule à l’autre permet à l’électricité de circuler librement entre elles, l’importante surface de contact limitant la résistance série. La lumière pénètre verticalement par l’arête étroite du dispositif et le courant est collecté latéralement par les contacts de passivation de type p et n à grande surface.

Selon les scientifiques, cette architecture permet de collecter le courant de la cellule sur la totalité de la surface « latérale » d’une minicellule, bien plus grande que la surface d’entrée de la lumière. « Ces empilements de 10 minicellules ou plus peuvent être assemblés pour former un module de conversion du rayonnement énergétique plus grand, poursuit Paul Stradins. Il n’y a pas de limite de taille, cela peut se compter en mètres si nécessaire, avec les éléments de refroidissement, d’interconnexion et d’électronique de puissance sur la surface arrière. »

Le groupe de chercheurs a testé le module dans des conditions d’illumination d’environ 1 000 nm. Ils ont observé que son rendement de photoconversion dépassait 40 % et que la tension de circuit ouvert excédait 7 V. Le facteur de remplissage était d’environ 78 %. « En se fondant sur les résultats actuels du dispositif, on peut s’attendre à obtenir un transfert d’énergie de 25 W pour un module de 10 cm² avec une source laser de 12 kW à une distance d’1 km », estiment-ils.

D’après Paul Stradins, la fabrication des minicellules n’a pas recours à une impression lithographique onéreuse. « Nous utilisons des masques alignés mécaniquement pour toutes les étapes de dépôt, lesquels sont faciles à réaliser à l’aide d’un traceur laser ns, dit-il. Les minicellules sont elles aussi fabriquées à l’aide de ce processus de traceur laser. Elles restent attachées au wafer et sont traitées comme un wafer pour toutes les étapes, y compris la métallisation finale. Alors seulement, elles sont détachées puis assemblées pour former un micromodule. Toutes ces étapes peuvent être automatisées sur une chaîne de fabrication. »

Traduction assurée par Christelle Taureau.